量熱儀不確定度的影響因素分析

目前我國能源工業(yè)正處于高速發(fā)展時期，煤炭、石油的質(zhì)量如何評定，如何快速準(zhǔn)確地得出煤炭、石油的品質(zhì)品位，就需要用到一系列的分析儀器。量熱儀作為一種測量物質(zhì)熱量的儀器，是評定能源物質(zhì)品質(zhì)品位的主要工具之一。隨著能源工業(yè)的發(fā)展人們對量熱儀的不確定度要求是越來越高的，因此研究影響量熱儀不確定度的各因素是有必要的。

    1影響不確定度的主要因素

    量熱儀是一種間接測量熱量的工具，主要是通過測量溫度，根據(jù)比熱容定律和熱傳導(dǎo)定律(傅立葉定律)計算熱量。根據(jù)測量熱量的過程得到量熱儀不確定度的主要影響因素：

    (1)測量單元的不確定度：包括溫度測量和水量測量；

    (2)量熱儀結(jié)構(gòu)：量熱儀結(jié)構(gòu)決定如何使用比熱容定律和熱傳導(dǎo)定律，同時，內(nèi)外傳熱結(jié)構(gòu)的合理設(shè)計是量熱儀不確定度的zui重要保證之一；

    (3)熱量計算公式的系數(shù)測定：量熱儀的熱量計算公式是通過比熱容定律和熱傳導(dǎo)定律經(jīng)合理的推導(dǎo)后得到的，因此一般不能直接得到熱量計算公式的系數(shù)，而需要通過一系列方法測定，所以測定系數(shù)的準(zhǔn)確性直接影響熱量計算的不確定度。

    2影響不確定度主要因素的分析

    量熱儀測量的熱量內(nèi)容包括儲熱和散熱。儲熱是指氧彈燃燒放熱完畢后內(nèi)筒(包括氧彈)升高溫度所包含的熱量，即彈筒發(fā)熱量；散熱是指氧彈燃燒放熱過程中內(nèi)筒與外界(內(nèi)筒和氧彈以外)的交換熱。

    不同類型的量熱儀對這兩部分的比重取向不一樣，比如，絕熱式量熱儀儲熱比重大，散熱比重小，盡可能達(dá)到忽略散熱部分，所以其不確定度取決于儲熱部分。又比如干式量熱儀，儲熱比重稍小，散熱比重較大，所以散熱部分的不確定度要求高。而恒溫式量熱儀是介于兩者之間，儲熱比重較大，但散熱部分達(dá)不到可忽略的要求，所以對儲熱和散熱都有一定要求。

    2.1絕熱式量熱儀不確定度分析

    絕熱式量熱儀足要求氧彈燃燒放熱過程中內(nèi)筒與外界的交換熱可以忽略的一種熱量計。一般使用兩種方式實現(xiàn)：真空絕熱；外筒跟蹤內(nèi)筒同步升溫(簡稱同步升溫)。

  真空絕熱式量熱儀使用真空層包圍內(nèi)筒方式實現(xiàn)絕熱的結(jié)構(gòu)方式。真空絕熱式量熱儀不考慮散熱部分的熱量，因此熱量計算可以只從比熱容定律導(dǎo)出。

真空絕熱式量熱儀在計算熱量時考慮熱容量受溫度的影響是提高儀器不確定度的關(guān)鍵點。當(dāng)然，真空絕熱式量熱儀的難點和重點在于結(jié)構(gòu)上是否達(dá)到絕熱要求。

同步升溫絕熱式量熱儀是使外筒溫度自動跟隨內(nèi)筒始終與內(nèi)筒溫度保持一致的方式實現(xiàn)絕熱。所以，同步升溫絕熱式量熱儀的不確定度影響因素，除了有真空絕熱式量熱儀所存在的影響因素外，還存在外筒與內(nèi)筒溫度達(dá)到的同步程度，以及內(nèi)外筒溫度的均勻程度。

2.2恒溫式量熱儀不確定度分析

  恒溫式量熱儀是使用控溫等方式使外筒溫度保持穩(wěn)定的一種熱量計。恒溫式量熱儀在實驗過程中內(nèi)筒與外界(包括外筒)存在熱交流，因此需要計算交流熱。計算內(nèi)筒與外界的交流熱采用的理論就是熱傳導(dǎo)定律(傅立葉定律)。所以恒溫式量熱儀需要同時使用到比熱容定律和熱傳導(dǎo)定律。

   因為恒溫式量熱儀內(nèi)筒的溫升相對小，而且熱量的計算公式相對復(fù)雜，所以一般不考慮溫度變化對熱容量的影響。但要求內(nèi)外筒的溫度達(dá)到較高的均勻性與穩(wěn)定性，否則不能稱為等溫面。

恒溫式量熱儀的不確定度和不確定度的兩個主要影響因素是：(1)結(jié)構(gòu)上是否達(dá)到可忽略內(nèi)外筒熱交流以外的其它熱交流；(2)外筒控溫的均勻性和穩(wěn)定性。

2.3干式量熱儀的不確定度分析

干式量熱儀是無內(nèi)筒水方式測量熱量的一種熱量計。因此，干式量熱儀熱容量相對小，主期溫升相對高，散熱部分熱量相時大。故干式量熱儀的不確定度主要受散熱部分影響。干式量熱儀的內(nèi)筒構(gòu)造一般是金屬，有極良好的熱傳導(dǎo)效果，因此燃燒熱可以很迅速地傳導(dǎo)出來，所以干式量熱儀的主期一般較短。

干式量熱儀（固體夾層）熱量計算的不確定度和不確定度關(guān)鍵在探頭的分布及數(shù)據(jù)的處理。干式量熱儀是使用多個測溫點和較復(fù)雜的數(shù)據(jù)處理來換取較簡單的結(jié)構(gòu)。

由于對量熱儀的不確定度要求較高且結(jié)構(gòu)較復(fù)雜，所以對不確定度的影響因素很多，本篇所作的分析是從理論出發(fā)作出的分析，在積累一定經(jīng)驗，用嚴(yán)謹(jǐn)推導(dǎo)過程才可以得到全面的分析結(jié)果。